JPH01363A - 水力機械の保護装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は水力機碌の保護装置に関するものである。

〔従来の技術〕

水力機械の保護装置の放流弁は特開昭５９−１１５４７
６号公報に記載されているように、同一の水圧鉄管から
の分岐管の一方に設けられた水力機械の流量調節弁の開
度に関連して開度制御される。

このため放流弁の操作機構は上記公報に示されているよ
うに、水力機械例えば水車の流量調節弁例えばガイ１（
ベーンのサーボモーターに直接あるいいはその前段の制
御部にレバー機構やカムを介して機械的に接続されるの
が一般的であった。この機構の信頼性を確保することは
放流弁が有する制圧機としての効果、すなわち水車の事
故停止時および系統事故に起因する負荷遮断時等のガイ
ドベーン急閉鎖と同時に放流弁を開放し、水圧鉄管内の
水撃現象による水圧上昇を抑止する効果を考えた時、非
常に重要な設計ポイントである。勿論放流弁が制圧機と
して機能しなかった場合（ガイドベーンの急閉鎖と同時
に開放されなかった場合）を想定して水圧鉄管を設計製
作すれば、この機構の信頼性はそれ程大きな問題点とな
らないが、耐圧値を大きくすることは大きな建設コスト
増加となり、得策ではない。また、下流側に延々と延び
た瀬音用水路を持ち、下流側への放水量制御をしている
場合にも同様で、潅流用水路側に放流弁誤不動作時の急
激な流量変化対策をすることが必要となり、得策ではな
い。

〔発明が解決しようとする問題点〕

上記従来技術で水力プラント計画時に立地条件による制
約を受ける場合、あるいは現在運転中の水車の水圧鉄管
に放流弁を追加する場合など放流弁と水車とを遠く離れ
た場所に設置しなければならない様なケースがでてきた
。このような新しい要求に対応するためには操作機構を
電気的な信号伝達に置き換え、更に放流弁制御盤内には
放流弁操作用サーボ機構を動作させるためにその電気信
号を機械的操作信号に変換する装置が必要となる。

このことは簡単なレバー機構と比較して非常に大きな故
障発生の可能性を伴う電気回路を介在して放流弁の開度
制御が行われることである。従ってこれまで配慮する必
要性の少なかった放流弁誤動作時（含誤不動作詩）の保
護装置について、新たに考案する必要が生じた。

本発明は以上の点に鑑みなされたものであり、放流弁が
流量調節弁の動作に所定の関係を持って応動しなかった
場合でも水圧鉄管内の異常な水圧上昇防止を可能とした
水力機械の保護装置を提供することを目的とするもので
ある。

〔問題点を解決するための手段〕

上記目的は、装置に、放流弁が流量調節弁の動作に所定
の関係を持って応動しなかったことを検出する検出手段
と、この検出手段からの信号で放流弁を作動させるよう
にした操作機構とを設け、放流弁が流量調節弁の動作に
所定の関係を持って応動しなかった場合でも放流弁を流
量調節弁の閉動作に追従して開放させることにより、達
成される。

〔作用〕

放流弁は流量調節弁の動作に所定の関係を持って応動し
なかった場合でも流量調節弁の閉動作に追従して開放さ
せられる−０従って水圧鉄管内の急激な流量変化が緩和
され、異常な水圧水界に至る前にその水圧上昇を抑止す
ることができる。

〔実施例〕

以下、図示した実施例に基づいて本発明を説明する。第
１図から第４図には本発明の一実施例が示されている。

流量調節弁を有する水力機械（共に図示せず）を、流量
調節弁および流量調節弁の動作に所定の関係を持って応
動し、かつ水力機械と同一鉄管の分岐管１内に配置され
た放流弁２で保護する水力機械の保護装置を、本実施例
では次のようにした。装置に、放流弁２が流量調節弁の
動作に所定の関係を持って応動しなかったことを検出す
る検出手段と、この検出手段からの信号で放流弁２を作
動させるようにした操作機構とを設け、放流弁２が流量
調節弁の動作に所定の関係を持って応動しなかった場合
でも放流弁２を流量調節弁の閉動作に追従して開放させ
るようにした。

このようにすることにより放流弁２は流量調節弁の動作
に所定の関係を持って応動しなかった場合でも流量調節
弁の閉動作に追従して開放させられるようになって、放
流弁２が流量調節弁の動作に所定の関係を持って応動し
なかった場合でも水圧鉄管内の異常な水圧上昇防止を可
能とした水力機械の保訳装置を得ることができる。

すなわち検出手段を放流弁２の上流側に設け、水圧鉄管
すなわち分岐管１の水圧を検出する圧力スイッチ３で形
成し、操作機構を分岐管１の水圧異常時に圧力スイッチ
３からの信号で放流弁２を開方向へ作動させる油圧切換
電磁弁４を持って形成して所期の目的を達成するように
したが、それを次に説明する。

第１図に示されているように放流弁２の誤閉動作、誤不
動作を検出する検出手段として、放流弁上流側の分岐管
１の水圧を検知し一定値以上になったら動作する圧力ス
イッチ３を用い、その信号で動作する操作機構である強
制放流弁開操作装置として、油圧切換電磁弁４．排油側
に設けた可調整絞り５および差動型ピストンシリンダー
６を用いた。同一の水圧鉄管より分岐した他端に設けで
ある水車の流量調節弁（ガイドベーン）の開度ＹＧ　（
図示せず）は、電気信号Ｙｃ寧として伝達され、放流弁
開度制御器７へ入力される。放流弁開度制御器７は所定
の開度関係を保つ放流弁開度指令ＹＢ傘を演算し、高応
答性を有する電動機８を動作させる。電動機８の回転動
作はねじ機構を持つ補助サーボモータ９で直線動作に変
換され、その位置は可変抵抗器１０で放流弁開度制御器
７に帰環され、補助サーボモータ９が放流弁開度指令Ｙ
Ｂ串と等しくなるように制御される。なお、図中に示し
であるＣと０とは夫々閉と開とを示し、矢印の方向が夫
々の信号が入力された時の動作方向である。

次に放流弁開閉制御系の動作を説明する。補助サーボモ
ータ９の動きは、スプリング付支点１１゜レバー機構１
２で二次配圧弁１３のパイロットバルブ１４に伝達され
る。第１図は中立状態すなわちバランスした状態が示さ
れているが、令聞動作信号が入力されたとすると、パイ
ロットバルブ１４の内部ピストン１５が下動し、二次配
圧弁１３の上部にあるコントロールピストン１６の下部
室の圧油が、パイロットバルブ１４を通って排油される
。二次配圧弁１３の内部バルブ１７はコントロールピス
トン１６に直接しているので下動し、圧力Ｐ０の正圧油
が二次配圧弁１・３を通って放流弁開閉用サーボモータ
１８の開側ポートに導かれる。この時、二次配圧弁１３
のコントロールピストン１６の上部に付けられたレバー
１９が。

パイロットバルブ１４のブツシュ２０を下方に押し下げ
るので、パイロットバルブ１４自身は中立状態になって
いる。放流弁開閉用サーボモータ１８のストロークＹＢ
は、ストローク帰環用ケーブル２１、帰環信号用カムを
含むレバー機構２２によってレバー機構１２に帰環され
、帰環信号用カムを含むレバー機構２２に接続されたレ
バー機構１２の支点部２３を下動させる。この不動作は
パイロットバルブ１４の内部ピストン１５を上動させ（
補助サーボモータ９の時定数は放流弁開閉用サニボモー
タ１８の時定数より数段水さいので、帰環信号により支
点部２３を下動させる時点では補助サーボモータ９側に
接続されている可動部が支点となって、帰環信号はパイ
ロットバルブ１４の内部ピストン１５を上動させる）、
圧力Ｐ。の正圧油を二次配圧弁１３の上部のコントロー
ルビス１−ン１６の下部室に導き、徐々に二次配圧弁１
３を中立位置に戻す。この動作は放流弁開閉用サーボモ
ータ１８の動作ストロークＹＢが補助サーボモータ９の
放流弁開度指令（ストローク）ＹＢ−と等しなくなった
時点ですべて中立になり。

終了する。

このように動作する水力機械の保護装置の放流弁開閉制
御系でガイドベーンの開度信号Ｙｃｌが電送回路のトラ
ブルにより喪失、放流弁開度制御器７の電源が喪失等の
故障が発生し放流弁２が制御不能となった状態で系統負
荷遮断が発生し、水車のガイドベーンが急閉鎖した場合
、すなわち放流弁２が流量調節弁の動作に所定の関係を
もって応動しなかった場合、本実施例では次に述べるよ
うにした。第２図に本実施例のタイムチャートが放流弁
開閉制御系が健全な場合、放流弁誤不動作の場合と比較
して示さているように、ガイドベーンの開度（ストロー
ク）Ｙｃは負荷遮断発生後、不動時間ΔＴａを伴って最
も速い閉鎖速度で全閉する。放流弁開閉用サーボモータ
のストロークＹＨで実線は放流弁開閉制御系が健全であ
る場合、−点鎖線は放流弁誤不動作の場合、破線は本実
施例による場合の動作である。これは鉄管水圧の上昇カ
ーブの区分と対応させである。すなわち鉄管水圧で実線
は放流弁開閉制御系が健全な場合、−点鎖線は放流弁誤
不動作の場合、破線は本実施例による場合である。放流
弁開閉用サーボモータのストロークＹ８が実線の場合は
、ガイドベーンの急閉動作を受けて不動時間ΔＴａを伴
って放流弁が開動作する。この開動作速度は流量変化を
最小とするように設定された最も速い開放速度であり、
鉄管水圧の上昇も実線表示のように最低に抑制される。

−点鎖線の場合は放流弁が不動作となるので、ガイドベ
ーンによってせき止められた水のエネルギー分だけの鉄
管水圧上昇が発生する。一般的に放流弁付の水力プラン
トではこの上昇値は許容値を′越えてしまい、水圧鉄管
、水車等を破損する大事故を引き起す。本実施例の破線
の場合は、第３図および第４図を参照し乍ら説明する。

第３図には油圧切換電磁弁（２０ＢＶ）４が消勢（電気
がきれた場合）した時の油圧切換え状態および差動型ピ
ストンシリンダー６の状態が、第４図には圧力スイッチ
（６３ＰＲ）３の動作値と圧力スイッチ（６３ＰＲ）３
により動作する油圧切換電磁弁（２０ＢＶ）４の制御回
路とが示されている。

なお第４図でＰは直流電源のプラス、Ｎはマイナスであ
る。

鉄管水圧が圧力スイッチ（６３ＰＲ）３の設定値ＰＲｒ
以上に上昇すると、放流弁誤不動作発生と判定し、油圧
切換電磁弁（２０ＢＶ）４を消勢する。この場合、圧力
スイッチ（６３ＰＲ）３の設定値ＰＲ１は通常の放流弁
が健全な場合に発生する水圧上昇値よりやや高めにし、
誤検出を防止する。また、油圧切換電磁弁４を常時付勢
（電気が入っている場合）とし、事故時に圧力スイッチ
（６３ＰＲ）３の接点で消勢するように構成したのは、
放流弁制御不能トラブルが電源喪失に起因する場合にも
強制開操作機構が機能するように配慮したものである。

ＣＹａは差動型ピストンシリンダー６のストロークすな
わち放流弁開度指令で、差動型ピストンシリンダー６が
動作した時には、補助サーボモータ９による放流弁開度
指令ＹＢ拳に代って指令となる。油圧切換電磁弁（２０
ＢＶ）４が消勢されると、圧力ＰＩ、を有する正圧油が
油圧切換電磁弁４により差動型ピストンシリンダー６の
下部室に導かれる。差動型ピストンシリンダー６のピス
トン６ａは上下に面積差がつけられており、下部室に圧
力Ｐ０　を有する正圧油が導入されれば上動する（第３
図参照）。この場合、補助サーボモータ９は元の位置に
あるが、差動型ピストンシリンダー６によってレバー機
構１２を押し上げ、放流弁制御のレバー機４Ｗ　１２に
全開信号を発する。また、補助サーボモータ９と差動型
ピストンシリンダー６のストロークＣＹＢとの偏差を、
スプリング付支点１１で吸収している。

この動作により放流弁は破線に示すように不動時間Δτ
Ｂ′　　を伴って全開動作でき、鉄管水圧の上昇が抑止
される。鉄管水圧は徐々に減衰し、圧力スイッチ（６３
ＰＲ）３の再投入設定値ＰＲ２まで降下すると、圧力ス
イッチ（６３ＰＲ）３の接点は油圧切換電磁弁（２０Ｂ
Ｖ）４を付勢し、差動型ピストンシリンダー６の下部室
から排油する。この際、排油孔には可調整絞り５を設け
たので、この可調整絞り５で差動型ピストンシリンダー
６が作るストロークすなわち放流弁開度指令ＣＹ１１が
充分ゆっくりと閉方向に動くようになる。

これは油圧切換電磁弁（２０ＢＶ）４の切換により放流
弁が急閉鎖し、再度鉄管水圧の上昇が起ることを防止す
るためである。

このように本実施例によれば水圧鉄管の異常水圧上昇の
原因となる放流弁の誤閉動作および誤不動作を検出し、
通常の放流弁の制御回路の状態に関係なく放流弁を強制
的に開放する。このため放流弁自身あるいは同一水路か
ら分岐された水路に設けられた水車のガイドベーンの急
激な閉動作により生じた水圧鉄管内の水の流速変化が相
殺される。これにより水圧鉄管内の水圧上昇を抑止でき
るので、異常な水圧上昇による水圧鉄管の破損。

水力機械の破損事故が防止できる。更に、放流弁開閉制
御系の故障時に適切な保護ができるので、放流弁開閉制
御系を電気化することが可能となる。

これは放流弁と水力機械とを遠隔な場所に設置すること
が可能になったり、マイコン制御を用いたより精密な放
水量調整制御が可能となるなど、放流弁を有する水力プ
ラントの建設計画に大きな自由度が与えられる二次的な
効果を奏することができる。

第５図には本発明の他の実施例が示されている。

本実施例は上述の第１図の油圧切換電磁弁および圧力ス
イッチの代りに、水圧により動作する油圧切換弁２４を
用いた場合である。これは放流弁上流側の分岐管１の水
圧を直接ばね２５のばね力と比較し、差動型ピストンシ
リンダー６を介して放流弁を動作させるものである。こ
の場合は純機械的に上述の不具合に対処することができ
、前述の場合よりも信頼性を向上することができる。

〔発明の効果〕

上述のように本発明は放流弁が流量調節弁の動作に所定
の関係を持って応動しなかった場合でも水圧鉄管内の異
常な水圧上昇が防止できるようになって、放流弁が流量
調節弁の動作に所定の関係を持って応動しなかった場合
でも水圧鉄管内の異常な水圧上昇防止を可能とした水力
機械の保護装置ａを得ることができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の水力機械の保護装置の一実施例の放流
弁開閉制御系統を示す説明図、第２図は同じく一実施例
のタイムチャート図、第３図は同じく一実施例の油圧切
換電磁弁が動作した場合の状態を示す放流弁開閉制御系
統要部の系統図、第４図は第１図の油圧切換電磁弁の制
御回路の一例と圧力スイッチの動作展開図とを示す展開
接続図。 第５図は本発明の水力機械の保護装置の他の実施例の放
流弁開閉制御系統要部の系統図である。 １・・・分岐管、２・・・放流弁、３・・・圧力スイッ
チ、４・・・油圧切換電磁弁、６・・・差動型ピストン
シリンダー、２４・・・油圧切換弁、２５・・・ばね。 も２−区 ＬＬ」

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、流量調節弁を有する水力機械を、前記流量調節弁お
   よび前記流量調節弁の動作に所定の関係を持つて応動し
   、かつ前記水力機械と同一の水圧鉄管の分岐管内に配置
   された放流弁で保護する水力機械の保護装置において、
   前記装置に、前記放流弁が前記流量調節弁の動作に前記
   所定の関係を持つて応動しなかつたことを検出する検出
   手段と、この検出手段からの信号で前記放流弁を作動さ
   せるようにした操作機構とを設け、前記放流弁が前記流
   量調節弁の動作に前記所定の関係を持つて応動しなかつ
   た場合でも前記放流弁を前記流量調節弁の閉動作に追従
   して開放させるようにしたことを特徴とする水力機械の
   保護装置。 ２、前記検出手段が、前記放流弁の上流側に設けられ、
   前記水圧鉄管の水圧を検出する圧力スイッチで形成され
   たものである特許請求の範囲第１項記載の水力機械の保
   護装置。 ３、前記操作機構が、前記水圧鉄管の水圧異常時に、前
   記圧力スイッチからの信号で前記放流弁を開方向へ作動
   させる油圧切換電磁弁を持つて形成されたものである特
   許請求の範囲第１項または第２項記載の水力機械の保護
   装置。 ４、前記操作機構が、前記水圧鉄管の水圧異常時に検出
   された水圧力をそのばね力と比較し、前記放流弁を開方
   向へ作動させる油圧切換弁を持つて形成されたものであ
   る特許請求の範囲第１項記載の水力機械の保護装置。